中国の研究者は711.3 Wh/kg Liを報告

Chinese Physical Letters に掲載された論文の中で、中国科学院の研究者らは、重量エネルギー密度 711.3 Wh・kg−1、体積エネルギー密度 1653.65 Wh・L−1 の実用的なパウチ型充電式リチウム電池の製造を報告しています。 現在先進的に実用化されているリチウムイオン電池のエネルギー密度は約 300 Wh・kg−1 です。

リーら。

研究チームは、高容量のリチウムリッチなマンガンベースの正極（LRM）と比エネルギーの高い薄いリチウム金属負極を含む高性能電池材料を、高負荷電極の準備とリーン電解液注入と組み合わせて使用​​しました。

電池設計: (a) 既存の 300 Wh・kg−1 商用リチウムイオン電池。 (b) 活電極材料のエネルギー密度を増加させ、補助材料の質量を減少させることにより、実用的なリチウム電池のエネルギー密度を増加させる。 (c) この作業に含まれる 700 Wh・kg-1 バッテリーの大量建設。 リーら。

現在、先進的な商用リチウムイオン電池のエネルギー密度は 300W・h・kg-1 のレベルに達しています。 … サイクル性能、レート性能、安全性、環境適応性などを総合的に考慮しているため、正極活物質の割合は常に低く 50% レベルですが、負極材料の割合は 18% ～ 25% を占めています。 %およびその他の補助材料が総質量の25%〜30%を占めます。

他のすべての側面を無視して、エネルギー密度のみに焦点を当て、より高い比エネルギーを持つ正極および負極材料の採用、電極負荷質量の増加、電解質質量と電池容量（E/C）の比率の低減、より軽量でより薄い集電体の採用などのアプローチ、セパレーター、包装材料などはすべて、高いエネルギー密度の値を達成することが可能です。 既存の 300 W・h・kg−1 バッテリーの設計を徹底的に分析した後、バッテリーの通常の機能に関係なく、エネルギー密度といくつかの主要コンポーネントの間の依存性を計算します。 結果は、カソードとアノードの材料、装填質量、および E/C 比がエネルギー密度の向上に重要であることを示しています。 …残念ながら、すべてのコンポーネントを変更しても、バッテリーが 400 W・h・kg-1 を超えるエネルギー密度に達することを保証することはできません。 高エネルギー密度の電池の製造は、上で述べた要素の相乗効果によってのみ達成できます。

研究チームは、電圧範囲が広がった高比容量 LRM カソードと、PVDF セパレーターで安定化された 20μm リチウム金属アノードを使用しました。 カソードの片面比表面積容量は10mAh・cm-2を超え、圧縮密度は2.6g・cm-3より大きい。 集電体は極薄のAl（9μm）＆Cu（6μm）箔でできており、E/C比は1.3g・A−1・h−1です。

2～4.8Vの通常の充放電電圧範囲内で、9.72Ahのフルバッテリーは601.78Wh・kg－1の重量エネルギー密度と1175.56Wh・L－1を超える体積エネルギー密度を示します[図2]。 4(a)] であり、バッテリーの放電容量は 3 サイクル後でも明らかな低下はありません。

動作電圧範囲をさらに 1.25 ～ 4.8 V に拡張すると、低電圧区間に含まれるエネルギーにより、重量エネルギー密度が 701.06 Wh.kg-1 まで、体積エネルギー密度が 1621.84 Wh.L-1 まで向上します。 2 サイクル目ではわずかな容量低下にもかかわらず、3 サイクル目ではバッテリー容量が 78.2% という高い保持率を示します。 並列バッテリーのサードパーティ試験レポートによると、エネルギー密度は 711.3 Wh・kg−1 および 1653.65 Wh・L−1 です。 最初のサイクル後の初期セルの体積変化はわずか 5.09% です。

…リチウム電池のエネルギー密度、サイクル性能、レート性能、安全性の間には常に矛盾があることに注意する必要があります。 したがって、将来的に特定の分野の需要を満たすためには、これらのパラメータを総合的に考慮する必要があります。

リソース

クアン・リーら。 (2023) 「700 Wh kg−1 充電式パウチ型リチウム電池」中国物理学。 レット。 土井: 10.1088/0256-307X/40/4/048201

投稿日: 2023 年 4 月 29 日 in 電池、中国、市場の背景 | パーマリンク | コメント (2)